Sử dụng nhiên liệu sinh học biodiesel làm từ dầu cá

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lê Anh Tuấn Lời nói đầu Trong tình hình khủng hoảng lượng nay, nước giới tìm nguồn lượng lượng có khả tái sinh, nhằm thay phần lượng dầu mỏ Mặt khác vấn đề khí thải nhiễm mơi trường quan tâm song song Biodiesel loại nhiên liệu giải vấn đề Biodiesel, định nghĩa dạng nhiên liệu dùng để thay diesel, có nguồn gốc từ dầu thực vật mỡ động vật Biodiesel ankyl este axit béo Mặt khác, nguyên liệu để sản xuất Biodiesel sẵn có nước như: loại cơng nghiệp, mỡ cá basa, ca tra,…giúp không bị phụ thuộc nhiều vào nguồn dầu mỏ Trong đề tài tốt nghiệp e xin trình bày đề tài nghiên cứu sử dụng nhiên liệu sinh học Biodiesel làm từ dầu cá phương tiện So sánh đối chứng thông số sau dầu diesel hỗn hợp biodiesel: _ Tiêu hao nhiên liệu _ Khí thải : CO, CO2, NOx, HC, PM _ Kiểm tra kim loại dầu nhờn ăn mòn động _ Khả ổn định động Để đưa kết luận khả thay nhiên liệu sinh học Biodiesel Xin chân thành cám ơn thầy giáo Lê Anh Tuấn thầy cô giáo môn Động Cơ Đốt Trong giúp đỡ chúng em hoàn thành đề tài Ch¬ng Tỉng quan vỊ Biodiesel SVTH: Vũ Thanh Sơn Đặng Đình Trường Lớp: Động cơ_ K48 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lê Anh Tuấn 1.1 Kh¸i niƯm vỊ biodiesel Biodiezen định nghĩa dạng nhiên liệu dùng để thay điezen,có nguồn gốc từ dầu thực vật mỡ động vật Trên thực tế, để dùng làm biodiesel, loại dầu mỡ phải tinh chế thành methyl ethyl ester Ở Mỹ, dầu nành nguyên liệu phổ biến để tinh chế methyl ester, châu Âu Canađa, người ta lại hay dùng hạt cải dầu (Canola) để sản xuất biodiesel Trong trình chuyển hóa nhiều loại dầu chuyển hóa thành methyl ester nhờ phản ứng hóa học với methanol (có chất xúc tác Na (natri) hay KOH (potassium hydroxide) Sau đó, nước, glyxerin, methanol số chất cặn bã khác tách trước biodiesel trở thành loại nhiên liệu có chất lượng đủ tiêu chuẩn dùng cho động diesel Một ưu điểm lớn việc sử dụng biodiesel thể động Kết thử nghiệm với số xe buýt chạy thành phố cho thấy biodiesel chất lượng cao giúp tăng gấp đơi tuổi thọ số phận động Điều không ý nghĩa với loại xe thông thường có ý nghĩa với cỏc loại xe phục vụ mục đích kinh doanh vận tải - xe dùng qua vài thập kỷ di chuyển hàng triệu kilomet Tuổi thọ động tăng lên đồng nghĩa với việc chi phí bảo dưỡng giảm xuống Biodiesel có ưu điểm giảm lượng khí thải, vỡ chứa chưa đến 15 phần triệu sulphur Ngồi ra, lượng khí thải hydrocarbon carbon monoxide (CO) giảm tỷ lệ thuận với tỷ lệ biodiesel Tuy nhiên, biodiesel khơng có ưu điểm mà có số nhược điểm Trước tiên biodiesel cung cấp lượng diesel thơng thường chút, tỷ lệ biodiesel cao động yếu phải dùng nhiều nhiên liệu đạt công suất dùng diesel SVTH: Vũ Thanh Sơn Đặng Đình Trường Lớp: Động cơ_ K48 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lê Anh Tuấn thơng thường Thật may với tỷ lệ B5 khác biệt công suất động so với diesel không pha biodiesel không đáng kể Một nhược điểm biodiesel ơxy hóa nhanh đặc điểm thành phần hóa học Do đó, khó tích trữ loại nhiên liệu lâu, cần phải có thêm chất phụ gia để giữ nhiên liệu lâu Nhược điểm lớn biodiesel biodiesel nguyên chất dễ bị đóng băng đặc lại thời tiết lạnh Ở xứ lạnh, xe phải có hệ thống sấy nhiên liệu để dùng diesel B5 (Ở Việt Nam có lẽ dùng biodiesel khơng gặp phải tình trạng này).Nhưng dù thế, biodiesel có nhiều ưu điểm, mặt kinh tế lẫn môi trường, nên đáng để cân nhắc để trở thành loại nhiên liệu tương lai 1.2 Tình hình sản xuất sử dụng biodiesel nớc (và giới) Ngy 16/10/2006, S Khoa hc-Cụng nghệ TP.HCM có buổi làm việc đại diện Cơng ty cổ phần xuất nhập thủy sản An Giang (Agfish) Theo ông Hồ Xuân Thiên, đại diện Công ty Agfish, công ty đề nghị quan chức cho phép đưa tiêu thụ rộng rãi thị trường TP.HCM lọai dầu diesel chiết xuất từ mỡ cá basa, gọi biodiesel (nhiên liệu sinh học) Đây kết hợp tác hai đơn vị Công ty Agfish Công ty SaiGon Petro Dự kiến, có hai lọai biodiesel từ mỡ cá basa đưa thị trường mang tên thương phẩm B5 B50 B5 có tỷ lệ pha trộn biodiesel với diesel theo tỷ lệ 5% 50% phía cơng ty Agfish chịu trách nhiệm cung cấp sản phẩm từ mỡ cá basa Saigon Petro đơn vị vạch kế hoạch tiêu thụ Dự kiến quý năm 2007, liên doanh tung thị trường 30 tấn/ngày SVTH: Vũ Thanh Sơn Đặng Đình Trường Lớp: Động cơ_ K48 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lê Anh Tuấn Ngoài ra, hai đơn vị Sở KH-CN TP.HCM hỗ trợ cách gởi chuyên gia tư vấn quy trình chế biến, thiết bị kiểm tra chất lượng để sản phẩm đạt chất lượng tung tiêu thụ thị trường Để tăng cường công suất chế biến biodiesel đưa tiêu thụ rộng rãi thị trường TP.HCM, tháng 11 tới đây, Agfish khai trương nhà máy sản xuất mỡ cá basa mang tên F8 (Factory 8) có tổng Hình 1.1 Một sản phẩm diện tích huyện Châu Thành, dầu biodiesel chế biến từ mỡ Tiền Giang với vốn đầu tư thiết bị lên tới 10 cá basa có bán tỷ đồng khu vực Đồng sông Cửu Long (Ảnh: VNN) Công suất chế biến mỡ cá basa thành biodiesel F8 vào khoảng 30 tấn/ngày Ngoài ra, sở chế biến theo hợp đồng liên doanh với Saigon Petro xây dựng Khu công nghiệp Trà Nóc (Cần Thơ) Dự kiến, năm 2007, Agfish sản xuất 300 nguyên liệu cá basa/ngày thu hồi 30 mỡ/ ngày đủ cho nhu cầu sản xuất biodiesel Hiện giá biodiesel chế biến từ mỡ cá basa bán An Giang với giá 7.600 đồng/lít, rẻ 1.000 đồng lít so với giá dầu diesel Tuy nhiên, liên doanh Agfish SaiGon Petro chưa tiết lộ giá bán hai lọai dầu Biodiesel B5 B50 đưa bán thị trường TP.HCM thời gian tới Trong tình hình khủng hoảng lượng nay, nước giới tìm nguồn lượng khơng truyền thống lượng có khả tái sinh đề trước mắt thay phần lượng dầu mỏ Nước Mỹ nước có nhu cầu khổng lồ lượng dầu mỏ nước dẫn đầu giới đầu tư nghiên cứu sản SVTH: Vũ Thanh Sơn Đặng Đình Trường Lớp: Động cơ_ K48 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lê Anh Tuấn xuất lượng khơng truyền thống, có lượng sinh học (NLSH) Đối với diesel sinh học (DO), dựa điều kiện tự nhiên xã hội mình, nước phát triển theo nhiều nguồn khác nhau: Việt Nam sản xuất DO từ mỡ Basa, Mỹ sản xuất DO từ dầu đậu nành, số nước châu Âu sản xuất DO từ cải dầu, Philippin dùng dầu dừa, Malaysia dùng dầu cọ, Ấn Độ trọng Jatropha curcas L Dầu ép từ hạt Jatrophaqua chế biến đơn giản sử dụng thẳng cho động diesel mà không cần thay đổi nhiều máy móc, thiết bị ngồi pha chung với diesel dầu mỏ (0,5-20%) làm tăng hiệu suất diesel dầu mỏ Do phân tử có chứa oxy khơng có sunphua nên đốt cháy hết, giảm 40-80% khí gây hiệu ứng nhà kính khơng sản sinh khí gây ung thư Cây Jatropha curcas L thường gọi Dầu mè hay Cọc rào có nguồn gốc từ Trung Nam Mỹ, thường dùng làm thuốc Khoảng vài chục năm gần nhà khoa học nhận thấy tách chiết DO từ hạt Cây Dầu mè có dạng thân bụi, sống lưu niên, cao tới m Hoa quanh năm có tưới, có vào mùa mưa Quả có ngăn chứa hạt hình oval, màu đen, kích thước × cm, phơi khơ lấy hạt dễ dàng SVTH: Vũ Thanh Sơn Đặng Đình Trường Lớp: Động cơ_ K48 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lê Anh Tuấn Hình 1.2 Cây Jatropha Cây Dầu mè sinh trưởng phát triển từ độ cao – 500 m so với mực nước biển, vùng đất xấu, khô hạn với lượng mưa từ 300 mm/năm Cây Dầu mè nhân giống hạt hom cành có đời sống kinh tế từ 20 – 30 năm Theo tài liệu nước ngoài, từ năm thứ Dầu mè cho quả, xuất ổn định vào năm thứ – Năng xuất hạt Dầu mè phụ thuộc vào loại đất độ ẩm Trung bình thu 5-6 hạt/ha/năm vùng đất cằn cỗi, khơng có tưới 10 – 12 hạt/ha/năm vùng có đầu tư ẩm quanh năm Hàm lượng dầu hạt khoảng 35 – 40 %, chiết ép tốt, từ – 3,5 kg hạt cho 01 lít dầu thơ Ở Việt Nam, Dầu mè du nhập từ lâu có mặt hầu hết tỉnh Lạng Sơn, Sơn La, Hịa Bình, Thanh Hóa, Ninh Thuận, Bình Thuận Khánh Hịa… thường trồng tai đình chùa, miếu mạo, bờ rào quanh nhà, ven đường dùng làm thuốc Nam Hiện nay, trồng thử nghiệm Sóc Sơn, Sơn La, Quảng Trị, Bình Phước, Ninh Thuận, SVTH: Vũ Thanh Sơn Đặng Đình Trường Lớp: Động cơ_ K48 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lê Anh Tuấn kết cho thấy Dầu mè thích hợp với điều kiện đất đai, khí hậu nhiệt đới, sinh trưởng nhanh cho từ khoảng tháng đến năm sau trồng Cây Dầu mè loại chịu hạn, trồng vùng đất đai cằn cỗi, đất cát ven biển, ven đường, đất bờ kênh ven suối, khơng cần chăm sóc trồng khác nên không cạnh tranh với lương thực Phân Viện Hóa hợp chất tự nhiên tai TPHCM có sưu tầm 10 giống từ nước 10 giống có nguồn gốc từ Brasil, Senegal, Mali, Ấn Độ, Thailand, Campuchia, Lào Cây Dầu mè có khả bảo vệ đất, chóng xói mịn Trồng Dầu mè cần vốn đầu tư thấp đơn vị diện tích nên có khả phát triển nhằm phủ xanh đất trống, đồi núi trọc, cải thiện môi trường, tạo việc làm giúp xố đói giảm nghèo Bã ép dầu nguyên liệu để sản xuất phân hữu có chứa lượng lớn protein (38-60% protein thơ) số hoạt chất sinh học có khả phịng trừ sâu bệnh Cơng nghệ tách chiết dầu từ hạt Dầu mè tương đối đơn giản, sử dụng thiết bị chế tạo nước Hiện nhiều nước công ty đầu tư cho trồng Dầu mè: - Ấn Độ tầm nhìn 2020 định đầu tư trồng 10 triệu - Indonesia định đầu tư trồng 10 triệu - Công ty OILS PLC triển khai dự án đầu tư 26 triệu bảng Anh trông Dầu mè Á-Phi - Trung Quốc kế hoạch đến năm 2010 trồng 13 triệu Công ty D1 OILS Anh liên doanh với công ty Chinese Chua Technology Company SVTH: Vũ Thanh Sơn Đặng Đình Trường Lớp: Động cơ_ K48 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lê Anh Tuấn Ltd đầu tư trồng triệu xây dựng nhà máy chế biến biodiesel cho thị trường Trung Quốc - Liên doanh Lào-Italia triển khai trồng 100.000 Dầu mè tỉnh Bolikhamsay - Công ty Eco-Carbone Pháp dự kiến đầu tư dự án, dự án trồng 10.000 Dầu mè miền Bắc – Trung – Nam với nhà máy chế biến biodiesel có nhiều cơng ty Hàn Quốc, Mỹ, Malaysia, Anh, Ấn Độ… có phương án đầu tư vào Việt Nam lĩnh vực Lượng cá basa cá tra xuất năm 2001 số doanh nghiệp VN Tên doanh nghiệp Sản lượng cá tra Sản (tấn) lượng Basa (tấn) cá Tổng hai loại cá (tấn) CATACO 3298 910 4208 CTY.404 756 55 811 NAVICO 4068 112 4180 MECONIMEX 1833 1841 AFIEX 1 FISH-ONE 553 553 AQUA 800 800 TEX BT AGFISH 5937 1065 7002 Q.V.D 967 60 1027 Vĩnh Hoàn 4046 519 4564 CAFATEX 1223 13 1236 Tổng số 23482 2743 26225 SVTH: Vũ Thanh Sơn Đặng Đình Trường Lớp: Động cơ_ K48 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lê Anh Tuấn CHƯƠNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIODIESEL 2.1 Giới thiệu chung q trình este hóa Biodiesel điều chế từ dầu thực vật tinh luyên phế thải (dầu dừa, dầu đậu lành, dầu hạt hướng dương, dầu lạc…) mỡ động vật (mỡ cá, mỡ bị…) Thơng thường mỡ động vật chứa nhiều axit béo tự Triglyxerit (este glyxerin axit béo khác nhau) dầu thực vật mỡ động vật phản ứng hóa học với ancol (thường methanol) để tạo thành ankyl este axit béo Chất xúc tác thường sửa dụng để tăng tốc độ hiệu suất phản ứng Do phản ứng thuận nghịch nên lượng ancol thường cho dư để dịch chuyển cân phía tạo sản phẩm Sản phẩm phụ trình glyxerin sử dụng ngành dược, mỹ phẩm số ngành khác CH2 O CO R1 CH2 CH O CO R2 + 3CH3OH CH2 O CO R3 Triglyxerit Metanol OH R1 COOCH3 CH OH + R2 COOCH3 CH2 OH COOCH3 Glyxerin R3 Biodiezen Sơ đồ phản ứng este hóa chéoLớp: Động cơ_ K48 SVTH: Vũ Thanh Sơn Đặng Đình Trường Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lê Anh Tuấn Để sản xuất Biodiesel sử dụng cộng nghệ gián đoạn lien tục, công nghệ tạo điều kiện tốt cho việc kiểm tra chất lượng sản phẩm có thay đổi nguồn nhiên liệu Vấn đề kiểm tra chất lượng lien quan đến việc loại hoàn toàn (hoặc gần hoàn toàn) ancol, xúc tác, axit béo Còn lẫn tạp chất tạo sản phẩm không thỏa mãn tiêu chuẩn nhiên liệu 2.2 Ngun liệu cho q trình este hóa chéo Ngun liệu để sản xuất Biodiesel phân loại dựa hàm lượng axit béo tự (FFA) có _ Dầu tinh luyện (FFA < 1,5% ) _ Dầu phế thải mỡ động vật có hàm lượng axit béo tự thấp (FFA 20%) Công nghệ sản xuất Biodiesel thay đổi tùy thuộc vào thành phần nhiên liệu Khoảng 55% Biodiesel cơng nghiệp giới sản xuất từ nguồn nhiên liệu nào, kể dầu thực vật mỡ động vật phế thải Nửa lại sủ dụng dầu thực vật tinh luyện, Giá thành Biodiesel phụ thuộc nhiều vào nguyên liệu sủ dụng Dầu phế thải mỡ động vật loại nguyên liệu rẻ tiền dầu thực vật tinh luyện chúng sản phẩm phụ có giá thành thấp ngành công nghiệp khác Các ancol sử dụng q trình este hóa chéo thường monoancol mạch thẳng bậc bậc hai có từ – ngun tử cácbon, ví dụ methanol, etanol, propanol, butanol Trong số ancol nói trên, SVTH: Vũ Thanh Sơn Đặng Đình Trường 10 Lớp: Động cơ_ K48